月球表面月幔由哪些物質組成？ 怎樣跑到玉兔二號腳下？

月球表面以下約60至1000千米的月幔，由哪些物質組成?困擾科學家已久的問題有了最新答案。中國科學院國家天文臺16日公布，由該臺研究員李春來帶領的一支研究團隊利用嫦娥四號在月球背面獲取的探測數(shù)據(jù)，給出一批直接證據(jù)，將為完善月球形成與演化模型提供支撐。

中科院國家天文臺和上海技術物理所組成的研究團隊通過對嫦娥四號在月球背面著陸區(qū)獲取的就位光譜探測數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)著陸區(qū)月壤物質中橄欖石相對含量最高，低鈣輝石次之，僅含有很少量的高鈣輝石。

李春來表示，嫦娥四號的著陸區(qū)位于月球最古老的撞擊盆地，月殼早已減薄或完全剝離，且有充足證據(jù)表明，嫦娥四號的分析對象是因為小天體撞擊而挖掘、拋射到表面的月幔物質。因此，分析發(fā)現(xiàn)的礦物組合很可能代表了源于月幔的深部物質，證實月幔富含橄欖石。

關于月球起源的一個重要假說——月球巖漿洋理論推斷，隨巖漿的演化，較輕的斜長石組分上浮結晶形成月殼，橄欖石、輝石等較重的富鐵鎂元素的礦物下沉結晶形成月幔。然而，這一關于月幔物質組成的推論此前尚未被很好地證實。

中國科學家的這項研究成果16日當天已在線發(fā)表于國際權威學術期刊《自然》。

2019年1月3日，嫦娥四號探測器著陸在月球背面的馮卡門坑內。此后，玉兔二號巡視器駛抵月背表面，其上攜帶的紅外成像光譜儀成功獲取了著陸區(qū)探測點的高質量光譜數(shù)據(jù)。

重大發(fā)現(xiàn)

嫦娥四號著陸區(qū)月壤

與月球表面明顯不同

中國科學家驚喜地發(fā)現(xiàn)，玉兔二號月球車首次在月球背面“踩下的足印”，留在了來自月球深部的月幔物質上。這為解答長期困擾科學家的月幔詳細物質構成問題提供了直接證據(jù)，可以幫助人類進一步認識月球的形成與演化。

中國科學院國家天文臺李春來研究員領導的團隊利用玉兔二號攜帶的可見光和近紅外光譜儀的探測數(shù)據(jù)，證明了嫦娥四號落區(qū)月壤中存在以橄欖石和低鈣輝石為主的月球深部物質。

國際科學期刊《自然》于北京時間16日凌晨在線發(fā)表了這一重大發(fā)現(xiàn)。這是嫦娥四號今年初實現(xiàn)月球背面軟著陸后首次發(fā)表重要科學成果。

李春來介紹，與地球相似，月球由核、幔、殼構成?？茖W家推斷，隨月球巖漿演化，較輕的斜長石組分上浮形成月殼，而橄欖石、輝石等較重的礦物下沉形成月幔。

“但是月殼比較厚，我們所能接觸到的月球樣品都來自月球最表面的一層。而且月球已經(jīng)基本沒有火山和板塊運動，所以在月球表面找到月球深部月幔物質的機會很少。”李春來說。

科學界關于月幔物質組成的推論一直沒有被很好地證實。無論是美國、蘇聯(lián)采回的月球樣品，還是環(huán)月探測器的遙感數(shù)據(jù)，都沒有發(fā)現(xiàn)與月幔準確物質組成相關的直接證據(jù)。

中國在制定嫦娥四號任務時，科學家們將目光投向月球背面一片特殊區(qū)域：南極-艾特肯盆地。這個四十多億年前因天體撞擊形成的直徑約2500公里、深度約13公里的盆地，是月球上最古老、最大的撞擊盆地。科學家認為這里有可能會發(fā)現(xiàn)月球深部物質。美國科學家曾計劃去那里采樣，但是未能實施。

帶著盡快揭開月球深部物質成分神秘面紗的使命，嫦娥四號于今年1月3日成功登陸南極-艾特肯盆地的馮·卡門撞擊坑。

玉兔二號月球車駛上月面后，其攜帶的可見光和近紅外光譜儀在兩個探測點獲得了質量良好的光譜數(shù)據(jù)。

“我們一看到數(shù)據(jù)就感到眼前一亮。”李春來說，“我們發(fā)現(xiàn)玉兔二號探測到的譜線與玉兔號在月球正面探測到的有很大不同。”

“通過初步分析我們發(fā)現(xiàn)，嫦娥四號著陸區(qū)的月壤成分明顯不同于嫦娥三號著陸區(qū)的月海玄武巖，其中含有低鈣輝石，并可能有大量橄欖石存在。”李春來說。

然而，探測點是否真的富含橄欖石，科學家們對此產(chǎn)生了分歧。帶著疑惑，他們對光譜數(shù)據(jù)進一步處理分析，結果證實這一區(qū)域月壤中橄欖石含量最高，低鈣輝石次之，并含有很少量的高鈣輝石。

“這種礦物組合很可能是源于月幔。”李春來說。

一個疑問?

月球深部的這些物質

怎樣跑到玉兔二號腳下?

科研人員隨即對覆蓋嫦娥四號著陸區(qū)域的高分辨率遙感圖像數(shù)據(jù)和高光譜數(shù)據(jù)進行了分析，他們認為，這些物質是從馮·卡門撞擊坑東北部的一個直徑為72公里的芬森撞擊坑濺射出的。

李春來說，南極-艾特肯盆地在形成后，繼續(xù)遭到小天體撞擊形成更多的小撞擊坑。而當芬森撞擊坑形成時，有可能撞穿了月殼，將月幔物質挖掘出來并拋射到了馮·卡門撞擊坑。

李春來說，科研人員當初在選擇嫦娥四號落點時為保證安全，盡量選擇平坦區(qū)域，而月球上平坦的地方一般都是巖漿凝固后形成的玄武巖。對于科學家來說，嫦娥四號能落在濺射出的月幔物質碎屑上是非常幸運的。

“玉兔二號正好處在濺射物的邊緣地帶。我們測算，等它走出約兩公里后，就能達到玄武巖月面。所以我希望玉兔二號能快點跑，等到玄武巖區(qū)域后，我們就能對比分析兩種月壤成分。”李春來說。

他說，這一研究可為中國未來的月球采樣甚至月球基地建設提供參考。如果嫦娥六號到這一區(qū)域采樣，不但能獲取人類第一份月球背面的樣品，還有機會采集到月球深部物質的樣品。

“月球是地球之外我們研究得最深刻的星球。月球的演化主要發(fā)生在30億年前，而地球上的地質運動早已將30億年前的歷史抹去。月球就像化石，我們可以通過月球一窺地球的早期歷史。”李春來說。

本組稿件綜合新華社、《科技日報》、澎湃新聞等